Nature子刊 | 杭州师范大学尚永丰院士发现DNA复制许可的调控新机制

编辑:科研办 时间:2023-09-06 访问次数:286

调控后生动物复制起源选择和激活的基于染色质的规则仍有待研究。

2023年8月21日,杭州师范大学尚永丰院士及北京大学梁静共同通讯在Nature Communications 发表题为“NFIB facilitates replication licensing by acting as a genome organizer”的研究论文,该研究报道了NFIB与哺乳动物细胞中的前复制复合物(pre-RC)在物理上相关。基因组分析表明,NFIB通过增加染色质的可及性来促进前RC的组装。核小体结合和单分子磁镊表明NFIB与核小体结合并打开核小体。

透射电子显微镜表明,NFIB促进亲本染色质上的核小体排出。NFIB缺乏导致G1期和S期染色体接触/隔室的改变,并影响早期复制域的起始子子集的发射。值得注意的是,癌症相关的NFIB过表达引起基因重复和基因组改变,重现了临床乳腺癌中的遗传变异,并使癌细胞动态进化出生长优势和耐药性。综上所述,这些结果指出了NFIB作为基因组组织者在促进复制许可方面的作用,为NFIB的生物学功能和真核生物的复制起源选择提供了新的线索。

11

      DNA复制是基因遗传的本质,其中实施精细的机制以确保遗传物质在每个细胞周期中复制一次且仅复制一次。在真核生物中,复制在多个起源开始,这些起源首先被“许可”,然后“放电”以激活DNA合成。复制起点的授权发生在G1期,首先是起源识别复合体(ORC)与起源的结合,然后是CDC6(细胞分裂周期蛋白6)和CDT1(染色质授权和DNA复制因子1)介导的微小染色体维持(MCM)双六聚体复合物负载,形成前复制复合体(pre-RC)。当细胞周期进展到S期时,通过募集TopBP1, Treslin, Cdc45和GINS到前起始复合物(pre-RC)转化为前起始复合物(pre-IC),起始“点燃”和复制就开始了。

       几十年来,复制起源的精确基因组位置一直在进行深入研究。尽管早期成功地利用酿酒酵母的特定DNA序列定位了起源,在后生动物基因组中没有发现共识签名或预测复制起源的特征。与此同时,越来越清楚的是,后生动物基因组中的ORC结合在很大程度上独立于特定的DNA序列,但受到局部染色质构型的高度影响。此外,仅靠ORC结合似乎不足以进行RC前组装;影响染色质结构的其他因素,也有助于塑造复制起始的基因组景观。此外,有趣的是,后生动物ORC蛋白与染色质的结合不足以激发起源,DNA复制的实际起始是由复制MCM解旋酶介导的,MCM解旋酶决定了起始事件的频率和时间。在每个细胞周期中仅使用复制起源的一部分来复制真核基因组。显然,需要更多的研究来了解控制后生动物起源选择和激活的基于染色质的规则。


      核因子I(NFI)家族由4个成员组成,NFIA,NFIB,NFIC和NFIX,它们被认为以同型或异二聚体的形式与DNA相互作用。令人惊讶的是,尽管NFI最初是从HeLa细胞的粗核提取物中分离出来,以在体外刺激腺病毒DNA复制的启动,随后被证明与GCCAAT结合,并在无细胞系统中刺激真核转录和复制,关于NFI蛋白生物学功能的主要研究集中在这些蛋白如何在从干细胞分化到各种癌症发展的不同生物学背景下调节基因转录。
      在NFI蛋白中,NFIB在人类组织中广泛表达,并且在各种类型的癌症中频繁过表达/扩增。NFIB的反复突变和易位在多种类型的癌症中也有报道。最近有报道NFIB通过广泛增加染色质可及性来调节多种基因通路,从而促进小细胞肺癌(SCLC)的转移。NFIB是人类蛋白质图谱(https://www.proteinatlas.org)中唯一被定义为“癌症相关基因”的NFI成员。显然,NFIB的作用机制和病理生理功能需要进一步研究。


NFIB过表达促进乳腺癌致癌(图源自Nature Communications )

NFIB过表达促进乳腺癌致癌(图源自Nature Communications )

      这项研究报告说NFIB与pre-RC有物理关联,并且在功能上与复制许可相关联。研究证明了NFIB促进染色质的可及性以促进RC前组装。研究表明NFIB直接与核小体结合并促进亲本组蛋白的清除。研究表明,癌症相关的NFIB过表达引起基因复制和遗传改变,模拟临床乳腺癌中的遗传异常,探讨了NFIB过表达诱发的基因组异常在乳腺癌发生中的临床病理学意义。
参考消息:https://doi.org/10.1038/s41467-023-40846-1